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\title{Tecnologias de banda larga móvel, UMTS e WiMax}
\author{Alex Rodrigo de Oliveira - 06/30403 \and Danilo Gaby Andersen Trindade - 06/82039 \and Pedro Rogério Vieira Dias - 06/93472}


\begin{document}


\maketitle


\begin{abstract}
	Trabalho final de Transmissão de dados. Tratamos de duas atuais tecnologias
	de banda larga móvel. O UMTS é uma das tecnologia de terceira geração de telefonia
	móvel. TODO
\end{abstract}

\vfill

\newpage


\tableofcontents

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\section{Motivação}
	TODO


\section{Introdução}
TODO


\section{Redes 3G e UMTS}
	Redes 3G é um nome comercial dado ao conjunto de tecnologias de redes móveis para telefonia
	celular de terceira geração. Sistemas de telefonia móvel podem ser definidos como: um tipo de
	tecnologia para enlace de rádio (interface aérea), o espectro usado, as larguras de banda que
	as tecnologias usadas podem oferecer para o usuário e os serviços oferecidos. O que difere nas
	gerações de telefonia celular são, em alto nível, esses aspectos.
	
	 Primeiramente vamos descrever
	brevemente como as redes de telefonia móvel chegaram a terceira geração. 

\subsection{Evolução das redes de telefonia móvel}
TODO Falar rapidamente de redes 1G

     falar um pouco sobre GSM GPRS
	 
	 falar sofre IMT-2000 UMTS

	Alex vc falou que queria fazer essa parte.

\subsection{Comutação de pacotes IP no UMTS}
	A comutação de pacotes no UMTS é feita através do GPRS. O GPRS , \emph{General Packet Radio Service},
	é um serviço de dados para redes GSM e UMTS, ele permite que um usuário da rede tenha acesso á todos os
	serviços da internet, suportando IPv4, IPv6 e conexões PPP. Dessa maneira as empresas de telefonia celular
	podem se tornar provedores de acesso a internet.
	Antes de descrever como o UMTS disponibiliza serviços IP para seus clientes vamos dar uma
	olhada em sua arquitetura.


\subsubsection{Arquitetura do UMTS}

	Apresentaremos a primeira arquitetura proposta para a UMTS em 1999. Ela esta representada
	na figura \ref{arq}. Pode ser dividida em 3 partes principais:
	\begin{itemize}
	\item WCDMA, a interface aérea. Responsável por comunicar o usuário com a UTRAN.
	\item A rede acesso de radio (\emph{UMTS Terrestrial Radio Access Network - UTRAN}),
	responsável por conectar os usuário ou núcleo da rede, que proporciona os serviços.
	\item O núcleo da rede (\emph{core network}), responsável pelos serviços de voz e de dados.
	\end{itemize}	

\begin{figure}[h!]
	\centering
	\includegraphics[scale=0.15]{./img/arquiteturaUMTS.jpeg}
	\caption{Arquitetura do UMTS(release99) fonte \cite{4g}}
	\label{arq}
\end{figure}

	Primeiramente vamos explicar o que é cada elemento da arquitetura e suas interfaces.
	\begin{itemize}

	\item Estação base (Node B) : responsável pela transmissão e recebimento de dados do usuário pela interface Iu. Realiza correção
	de erros, controle de fluxo e modulação. Cada estação base é responsável por um número de setores, e estações
	vizinhas trabalham usando códigos de modulação diferentes.
	\item RNC (\emph{Radio Network Controller}) : responsável pela multiplexação e demultiplexação de dados,
	que podem ser por comutação de pacotes (através da interface Iu(PS)) ou circuito (através da interface Iu(CS)). Cada RNC é responsável pelas suas estações base, eles são
	agrupados pela interface Iur e gerenciam os recursos de rádio sozinhos. Controlam o congestionamento e possibilitam a transparência
	para o usuário da mudança de estação base, o chamado hand-over. São switches ATM que atualmente vem sendo trocados
	por redes ethernet usando MPLS\footnote{\emph{Multi Protocol Label Switching}}.
	\item SGSN (\emph{Serving GPRS Support Node}) : gerência as sessões GPRS, que possibilita a comutação de pacotes IP
	em uma rede de telefonia móvel, foi herdada das redes GSM. Realiza o roteamento de pacotes para as RNCs.
	\item GGSN (\emph{Gateway GPRS Support Node}) : é o roteador de borda IP (gateway), possibilita o acesso á internet.
	\item MSC (\emph{Mobile Switching Centre}) : gerencia as conexões orientada a circuitos e os registros de
	usuários. Cria os circuitos fim-a-fim.
	\item GMSC (\emph{Gateway MSC}) : trata as conexões de entrada e saída com a rede pública de telefonia, rede de comutação de
	circuitos.
	\item HLR (\emph{home location register}) : um grande banco de dados com informação sobre os usuários da rede.
	
	\end{itemize}	

\subsubsection{O caminho de um pacote e a pilha de protocolos}
	Para que um usuário final de um rede UMTS possa ter acesso a internet ele deve estabelecer um
	contexto, uma conexão PDP (\emph{Packet Data Protocol}). O contexto PDP descreve a conexão desde o
	usuário até a roteador de borda que da acesso a internet e a qualidade de serviço(Qos) dessa conexão.
	Essa conexão não é constante, fica ativa por um determinado tempo. Depois é necessário fazer outra conexão.
	A conexão é feita da seguinte maneira:
	\begin{itemize}
	\item O usuário faz uma requisição de conexão para o SGSN, enviando informações como o endereço que deseja
	acessar e a qualidade do canal de que necessita.
	\item O SGSN faz uma consulta no banco de dados com informações do cliente para verificar que tipo de conexão
	e Qos ele pode ter acesso.
	\item Depois de aprovada o SGSN envia uma possível consulta DNS para o link requerido pelo cliente para obter o
	IP a ser acessado e descobrir através de qual dos roteadores de borda GGSN a conexão deve ser feita.
	\item O SGSN aloca os recursos da conexão até o cliente com a qualidade de banda e latência desejada e faz a conexão com
	GGSN destino. Note que os recursos podem não estar disponíveis nesse momento e a conexão é rejeitada.
	\item O usuário recebe um endereço PDP, que tem um IP correspondente.
	\item No final temos o contexto PDP estabelecido no usuário, SGSN, GGSN e no banco de informações do cliente.
	\end{itemize}
	
	Após a conexão estabelecida o usuário começa a enviar e receber pacotes. A pilha de protocolos para cada um dos
	entes envolvidos na conexão de dados encontra-se na figura \ref{protocol}.

\begin{figure}[h!]
	\centering
	\includegraphics[scale=0.8]{./img/protocol.jpeg}
	\caption{Pilha de protocolos UMTS fonte : \cite{4g}}
	\label{protocol}
\end{figure}

	O UMTS suporta vário tipos de protocolos na camada de rede entre eles IPv4 e IPv6. 
	Entre o usuário e a RNC os pacotes IP são transportados em pacotes PDCP, \emph{Packet Data Convergence Protocol}.
	O PDCP usa os serviços de enlace providos pelo RLC, \emph{Radio Link Control Protocol}, tais como serviços de transferência
	de dados, podendo ser confiável ou não. O PDCP compacta e descompacta os cabeçalhos de datagramas IP e das camadas acima (TCP,RTP e UDP), o método de
	compressão utilizado varia para cada tipo de protocolo. 

	O RLC é um protocolo da camada de enlace responsável por ligar e desligar os links de subida e descida
	das RLC.  Ele fragmenta e junta os pacotes de dados para adaptar o tamanho do pacote
	para o canal de transmissão e também prove serviços de correção e deteção de erros, controle de fluxo. A correção e detecção 
	de erros pode ser: transparente, ou seja sem correção e detecção; com detecção mas sem correção (\emph{Unacknowledged Mode Data}) e com detecção e correção (\emph{Acknowledged Mode Data}).
	Na penúltima o pacote com defeito é simplesmente deletado e na última o pacote com defeito é reenviado, usando ARQ, \emph{automatic repeat request}.
	O RLC possui diferente tipo de pacotes (\emph{Packer data unit PDU}) para cada modo de detecção de erro, no modo transparente um pacote menor
	é utilizado sem provocar overhead no tamanho do pacote, já nos outros modos um pacote com mais dados de reconhecimento é necessário.
	
	Entre a RNC e o SGNS e entre o SGNS e o GGNS os pacotes IP são transportados
	usando o protocolo de \emph{tunnelling} GTP, \emph{GPRS tunnelling protocol}.
	Usando esse protocolo de \emph{tunnelling} permite que o UMTS trabalhe com vários tipos
	de pacotes em seu backbone, tais como IPv4, IPv6, PPP e X25.
	Um pacote GTP é formado adicionando-se um header ao pacote PDP, depois o pacote é
	enviado para o \emph{tunnel endpoint} usando UDP  ou TCP sobre endereçamento IP. Cada pacote GTP
	possui um campo de identificação que diz a que contexto PDP ele pertence.

\subsubsection{Qualidade da conexão 3G e o HSPA}
	As redes UMTS puras, ou seja que não usam tecnologias que melhoram as taxas de transmissão como
	o HSPD, dão suporte a taxa de dados de no máximo 385kbps e na prática na faixa de 200 a 300 kbps e latência de 200-300ms(fonte \cite{tutorialUMTS}), o que não é suficiente para muitas
	aplicações que as tecnologias 3G prometiam. Para contornar essas baixas taxas de dados e latência foram propostas novas tecnologias
	que melhoram o desempenho da transmissão como o HSPA, \emph{High Speed Packet Access}.

	O HSPA é uma tecnologia que propõe uma série de mudanças na rede UMTS, a nível de comutação de pacotes somente.
	O HSPA usa o espectro de maneira mais eficiente proporcionado maiores taxas de dados e menor latência. Possui uma
	versão para o link de descida HSDPA (\emph{High Speed Packet Downlink Access}) e uma pra o link de subida HSUPA (\emph{High Speed Packet Uplink Access}).

	O HSDPA introduz 4 modificações a nível de firmware, sem mudar a estrutura física da rede, nas torres de transmissão, nas RNC
	e nos terminais. Usando o HSDPA pode-se atingir velocidades de descida de no máximo 14.4Mbps e na prática de 500 a 1000 kbps.

	 As modificação são:

	\begin{itemize}
	\item Usar somente um canal de alta velocidade para transmissão de pacotes de dados, que é
	compartilhado entre todos os terminais, ao invés de um canal dedicado para cada terminal.
	Com esse tipo de canal os recursos podem ser alocados integralmente para um usuário ou para
	vaŕios usuários. 
	\item Uso de um TTI (\emph{Transmission Time Interval}) de 2ms, menor que os anteriores entre 10 e 80ms.
	O que diminui o tempo de ida de volta de informações e aprimora o rastreamento de variações de canal permitindo
	que as torres aloquem recursos com maior velocidade.
	\item Uso de modulação de alta ordem, que permite usar além da modulação tradicional(QPSK) do WCDMA
	a 16 Quadrature Amplitude Modulation (16QAM). Esse novo tipo de modulação permite capacidade de pico de transmissão
	de dados duas vezes maior que a QPSK, além do uso de banda mais eficiente.
	\item Uso de \emph{Adaptive Modulation and Coding} ou enlace adaptativo, que permite que usuário com melhor qualidade de
	sinal tenha taxa mais altas. Ele maximiza o uso do canal ajustando os parâmetros de
	transmissão com base nas informações enviadas pelo terminal do usuário, quando as condições do canal permitem usa uma
	modulação de alta ordem.
	\item Uso de despacho rápido (\emph{fast scheduling}). Mecanismo que atua no sentido de fornecer o melhor desempenho total
	do HSDPA. Para cada intervalo de transmissão o mecanismo de despacho decide quais usuários deverão usar os canais disponíveis e
	em conjunto com o mecanismo de enlace adaptativo determina a modulação e a fração do canal a ser utilizada.
	\item Uso de retransmissão rápida baseada no HARQ, \emph{Hybrid Automatic Response reQuest}, que permite
	que pacotes corrompidos possam ser reenviados em uma janela de 10ms, assegurando \emph{throughput} do TCP. Ele
	usa uma mistura de detecção de erro e correção de erro antecipada. Quando recebe um pacote com erros ele
	tenta corrigi-los, se não for possível, guarda o pacote com erros e pede uma retransmissão.
	Se a retransmissão chegar sem erros, os dados são passados para a camada superior, se ocorrer novamente erros,
	ele tenta corrigir e usa os antigos pacotes com erro e tenta juntar informação dos dois para recuperar o pacote
	original.  Ele é o grande responsável por diminuir o tempo de latência no UTMS. 

	\end{itemize}	
	
	Versões mais novas do HSPA como o HSPA+ já existem e possibilitam taxas ainda mais altas
	na faixa de 21Mbps. 
	
\subsection{Handover no UMTS}
	
	


\newpage

\section{WiMax}
Danilo da um gas nessa parte... 
TODO

\newpage


\section{Conclusão}
TODO

\newpage


\begin{thebibliography}{99}

\bibitem{redes} Tanenbaum, A. S.. “Redes de Computadores”. Editora Campus , 2003. 
\bibitem{4g} David Wisely "IP for 4G". John Wiley , 2009.
\bibitem{tutorialUMTS} Eduardo Tude, "Tutorial UMTS"  disponivel em \underline{www.teleco.com.br}
\bibitem{hspa} UTMS FORUM, "HSPA: High Speed Wireless Broadband From HSDPA to HSUPA and Beyond"
\bibitem{hspa1} Tutorial HSPA, conceitos básicos, disponível em \underline{www.teleco.com.br}




\end{thebibliography}


\end{document}
